一种电能接收端的控制方法及无线电能传输装置与流程

本发明涉及无线技术领域，更具体地说，涉及一种电能接收端的控制方法及无线电能传输装置。

背景技术：

磁共振式无线电能传输装置包括电能发射端和电能接收端，如图1所示，电能发射端包括dc-dc变换器、dc-ac逆变器、原边谐振电容cs、原边发射线圈ls和mcu控制器1；电能接收端包括整流电路、dc-dc变换器、副边谐振电容cd、副边接收线圈ld和mcu控制器2，mcu控制器1和mcu控制器2通过无线通讯协议例如ble蓝牙协议建立通讯连接。电能发射端将输入端的电能转化为空间磁场以传输给电能接收端。

当电能发射端周围没有接收端装置时，mcu控制器1控制电能发射端进入待机模式，这样可以减少损耗，提高待机效率；当电能发射端的mcu控制器1在有效充电区域内检测到有电能接收端时，电能发射端需要立即激活，同时mcu控制器2控制接收端中的dc-dc变换器以输出电压vout和电流iout，给电子设备供电。如图2所示为电能接收端的等效电路，其中电压vs表征电能接收端线圈的感生电压，感生电压vs越大表示这个区域的磁场越强，rin表征线圈、磁屏蔽、整流二极管的等效阻抗，req表征输出负载的等效阻抗。根据图2所示的等效电路，电能接收端的输出功率pout为：

输出功率pout和负载等效电阻req关系如图3所示，图3中表征电能接收端自身损耗的等效电阻rin以2ω为例。当电能接收端置于电能发射端的有效充电区域内并且耦合位置较好时，感生电压高，比如vs＝10v，如图3所示为图2中输出功率和负载等效电阻的工作波形图，以输出功率5w为例，此时负载等效电阻req为16.5ω左右，按照等效电阻rin和req的电阻值比例，此时等效电阻rin上的电能损耗为0.6w左右，也就是电能接收端的功率损耗0.6w左右。然而，当电能接收端置于有效充电区域内耦合差的位置，感生电压降低，比如vs＝6.5v，如图3所示，如果此时输出功率为5w，负载等效电阻req为3ω左右，按照等效电阻rin和req的阻值比例，此时电阻rin上的功率损耗为3.3w左右，显然，这时无线电能传输装置的效率大大降低，同时电能接收端还存在发热严重的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了电能接收端的控制方法及无线电能传输装置，通过在感生电压降低的情况下，主动降低输出端的输出功率，从而降低电能接收端的自身功率损耗，提高工作效率。

依据本发明的一种电能接收端的控制方法，包括以下步骤：

检测所述电能接收端的感生电压，并将所述感生电压与预设的阈值电压进行比较；

计算所述电能接收端的输出端功率，并将所述输出端功率与预设的功率阈值进行比较；

当所述感生电压小于预设的阈值电压并且所述输出端功率大于所述预设的功率阈值时，则降低所述电能接收端的输出功率。

优选地，检测所述电能接收端的感生电压，并将所述感生电压与第一阈值电压进行比较的具体步骤包括：

采样所述电能接收端中整流电路输出端的直流电压信号，并将所述直流电压信号与第一阈值电压进行比较；

当所述直流电压信号小于所述第一阈值电压则表征所述感生电压小于预设的阈值电压。

优选地，通过降低所述电能接收端的输出电压来降低所述电能接收端的输出功率。

优选地，通过检测所述电能接收端的的输出电压和输出电流来获得所述输出端功率。

依据本发明的一种无线电能传输装置，包括电能发射端和电能接收端，所述电能发射端接收输入电能以转化为空间磁场供所述电能接收端使用；

所述电能接收端耦合所述空间磁场，经整流电路和电压转换电路处理后输出电压供给负载；

其中，所述电能接收端包括输出功率检测电路、感应电压检测电路和输出功率调节电路,

所述感应电压检测电路检测所述电能接收端的感生电压，并将所述感生电压与预设的阈值电压进行比较；

所述输出功率检测电路计算所述电能接收端的输出端功率，并将所述输出端功率与预设的功率阈值进行比较；

所述输出功率调节电路接收所述感应电压检测电路的比较结果和所述输出功率检测电路的比较结果，当所述感生电压小于预设的阈值电压并且所述输出端功率大于所述预设的功率阈值时，则降低所述电能接收端的输出功率。

优选地，所述感应电压检测电路采样所述整流电路输出端的直流电压信号，并将所述直流电压信号与第一阈值电压进行比较；

当所述直流电压信号小于所述第一阈值电压则表征所述电能接收端的感生电压小于所述预设的阈值电压。

优选地，所述输出功率调节电路通过降低所述电能接收端的输出电压来降低所述电能接收端的输出功率。

优选地，所述输出功率检测电路通过检测所述电能接收端的的输出电压和输出电流来获得所述输出端功率。

优选地，所述电能接收端包括电能接收线圈，所述整流电路和所述电压转换器依次连接在所述电能接收线圈之后；

所述输出功率调节电路通过控制所述电压转换器的输出电压来控制所述电能接收端的输出电压。

综上所述，依据本发明电能接收端的控制方法及无线电能传输装置，通过检测电能接收端的感生电压，当检测到感生电压较低且输出功率较高的情况下，则主动降低电能接收端输出端的输出功率，从而降低电能接收端的自身功率损耗，提高工作效率。

附图说明

图1所示为现有技术中的无线电能传输装置的电路图；

图2所示为图1中电能接收端的等效电路图；

图3为图2中输出功率和负载等效电阻的工作波形图；

图4为依据本发明的电能接收端的电路图；

图5所示为依据本发明的输出功率和负载等效电阻的工作波形图；

图6为依据本发明的电能接收端的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明的一些优选实施例，但本发明不限于此。

参考图4为依据本发明的电能接收端的电路图，本发明的电能接收端用于无线电能传输装置中，所述无线电能传输装置包括电能发射端和电能接收端，所述电能发射端接收输入电能以转化为空间磁场供所述电能接收端使用；所述电能接收端耦合所述空间磁场，经整流电路和电压转换电路处理后输出电压供给负载；其中，所述电能发射端的电路结构与图1中相同，在此不再赘述。这里，所述电能接收端包括电能接收线圈、整流电路和电压转换电路(这里为直流-直流电压转换电路，如图4中记为dc-dc变换器)，所述整流电路和所述电压转换器依次连接在所述电能接收线圈之后。

所述电能接收端还包括mcu控制器2，所述mcu控制器2包括输出功率检测电路41、感应电压检测电路42和输出功率调节电路43。

所述感应电压检测电路42检测所述电能接收端的感生电压，并将所述感生电压与预设的阈值电压进行比较，本实施方式中，所述感应电压检测电路42采样所述整流电路输出端的直流电压信号vrect，并将所述直流电压信号与第一阈值电压vth进行比较；当所述直流电压信号vrect小于所述第一阈值电压vth则表征所述电能接收端的感生电压小于所述预设的阈值电压。

所述输出功率检测电路41计算所述电能接收端的输出端功率，并将所述输出端功率pout与预设的功率阈值pth进行比较；本实施方式中，所述输出功率pout检测电路通过检测所述电能接收端的的输出电压和输出电流来获得所述输出端功率。

所述输出功率调节电路43接收所述感应电压检测电路的比较结果和所述输出功率检测电路的比较结果，当所述感生电压小于预设的阈值电压并且所述输出端功率大于所述预设的功率阈值时，则降低所述电能接收端的输出功率，反之，当所述感生电压大于预设的阈值电压或者是所述输出端功率小于所述预设的功率阈值时，则维持所述电能接收端的输出功率不变。本实施方式中，所述输出功率调节电路通过降低所述电能接收端的输出电压vo来降低所述电能接收端的输出功率。进一步地，本实施例中，所述输出功率调节电路43通过控制所述dc-dc变换器的输出电压来控制所述电能接收端的输出电压。

下面结合图4的电路图和图5所示的波形图阐述本发明的工作过程：根据上述图4的电路，可知直流电压信号vrect的计算公式为：

在公式(1)中，ploss为电路中等效电阻rin上的损耗，当感生电压vs降低时，如果维持输出功率不变，根据背景技术中的描述rin上的功率损耗ploss增加，则直流电压信号vrect会降低，因此，通过整流电路输出端的直流电压信号vrect可以来表征感生电压vs的强弱。通过公式(1)也可以看出，当感生电压vs降低时，此时如果减低输出功率，则等效电阻rin上的损耗ploss相应降低，则直流电压信号vrect就会提高。

当电能接收端置于电能发射端的有效充电区域，但是耦合位置较差时，如图5所示，如果电能接收端的感生电压vs＝6.5v，此时输出功率为5w，则负载等效电阻req为3ω左右，等效电阻rin仍以2ω为例，按照等效电阻rin和等效电阻req的阻值比例，此时等效电阻rin上的损耗ploss为3.3w左右，电能接收端的效率为60％；如果将输出功率降到3w，此时负载等效电阻req等效为10ω，按照等效电阻rin和等效电阻req的阻值比例，此时等效电阻rin上的损耗ploss降低到0.6w左右，电能接收端效率提高到83％。

由此可见，在电能接收端耦合情况较差时，通过主动降低电能接收端的输出端功率，可显著提高电能接收端的工作效率。

本发明还公开了一种电能接收端的控制方法，其流程图如图6所示，包括以下步骤：

检测所述电能接收端的感生电压，并将所述感生电压与预设的阈值电压进行比较；

计算所述电能接收端的输出端功率，并将所述输出端功率与预设的功率阈值进行比较；

当所述感生电压小于预设的阈值电压并且所述输出端功率大于所述预设的功率阈值时，则降低所述电能接收端的输出功率。

具体地，检测所述电能接收端的感生电压，并将所述感生电压与第一阈值电压进行比较的具体步骤包括：

采样所述电能接收端中整流电路输出端的直流电压信号，并将所述直流电压信号与第一阈值电压进行比较；

当所述直流电压信号小于所述第一阈值电压则表征所述感生电压小于预设的阈值电压。

优选地，通过降低所述电能接收端的输出电压来降低所述电能接收端的输出功率。

优选地，通过检测所述电能接收端的的输出电压和输出电流来获得所述输出端功率。

以上对依据本发明的优选实施例的电能接收端的控制方法及无线电能传输装置进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。